Keying

Keying als elementarer Bestandteil von Compositing

Keying ist ein Fachbegriff aus der Video-/Filmnachbearbeitung.

Beim Keying werden gleichmäßige Farb- oder Helligkeitsbereiche definiert um eine Maske (Alpha Kanal) zu erstellen, welche wiederum besagte Bereiche transparent macht.

Die Aufgabe eines Compositing Operator ist es aus mehreren Einstellungen, die an unterschiedlichen Orten zu unterschiedlichen Zeiten mit unterschiedlichen Kameras aufgenommen wurden, ein Bild zu erstellen, welches der Zuschauer als Ganzes annimmt. D.h. der Zuschauer wird der Illusion ausgesetzt das Bild sei zu einem Zeitpunkt an einem Ort mit einer Kamera aufgenommen worden. Um dies zu ermöglichen müssen sämtliche Objekte freigestellt weren. Dies kann bei einem Standbild noch mithilfe einer Bildbearbeitungssofware (Photoshop, Gimp) geschehen und bei bewegtem Bild mit Rotoscoping wobei Masken per Hand gezeichnet und animiert werden. Beide Methoden kosten viel Zeit, sind sehr aufwändig und meist ungenau wenn es darum geht eine saubere Kante in Bezug auf die Weichheit und Transparenz zu erhalten. Darum wird ein semiautomatisches Verfahren namens Keying eingesetzt.

Definition

Freistellen eines oder mehrere Objekte durch die selektive Definition eines Bildbereiches aufgrund seiner spezifischen Farb- oder Helligkeitseigenschaften sowie der Justierung von Farbrräumen und Masken.

Die Keyingmethoden

Chroma Key

Auch der Chroma Key hat seinen Namen vom getrennten Videosignal. Diese Variante basiert darauf in einem Farbraum einen Farbton auszuwählen, welcher anschließend mit ähnlichen Farbbereichen erweitert und eingegrenzt wird. Durch die Beschränkung auf “eine” Farbe ist diese Methode selektiver und flexibler wie der Luma Key. Intern wechselt der Keyer vom RGB Farbraum in HSV (Hue, Saturation, Value), weil er auf Farbnuancen, Sättigungsgrade und die Helligkeit angewiesen ist, was nicht zu den Attributen von RGB zählt. D.h. Gekeyed wird in HSV, wobei die Justierung ebenso in RGB, YUV, RGBCMYL oder den separaten Kanälen (rot, grün, blau) statt finden kann.

Color Difference Key

Aufgrund der umfangreichen Bearbeitungsmöglichkeiten der enstehenden Maske ist dies das populärste und effektivste Keyverfahren wenn es darum geht bei einem Hintergrund in den Grundfarben saubere Kanten und halb transparente Bildbereiche zu erzielen. Besteht der zu stanzende Hintergrund als einer Mischfarbe ist der Chroma-Keyer vermutlich die bessere Wahl. Das Prinzip besagt, dass beim Erstellen einer Maske die leuchtstärkere der beiden anderen Farbkanäle subtrahiert werden. Angenommen vor Bluescreen wird gedreht und die Dichte (“Helligkeit”) des grünen Kanals ist größer, als die des roten Kanals, so wird durch die Subtraktion von grün die gewünschte Maske generiert. Ist rot dichter (“Heller”) als grün, muss rot von blau subtrahiert werden. Gekeyed werden kann in HSV, RGB, YUV, RGBCMYL oder auch einzelnen Farbkanälen.

Luma Key

Der Luminanz Key hat seinen Namen aus dem Videosignalbereich in welchem Farbe und Helligkeit getrennt übertragen werden. Der Luma Keyer errechnet aus einem farbigen RGB-Bild ein monochromes Graustufenbild. An dieser Stelle kann das Mischverhältnis der drei Farbkanäle justiert werden um Vordergrund und Hintergrund kontraststark zu trennen. Die Stanzmaske wird folglich aufgrund starker Helligkeitsdifferenzen innerhalb des Graustufenbildes erzielt. Um ein gutes Ergebnis zu erreichen solle der zu keyende Gegenstand sehr hell bis weiß gegenüber einem sehr dunklen oder sogar schwarzen Hintergrund sein; Oder umgekehrt.

Difference Matte

Bei diesem Verfahren wird der Unterschied zwischen zwei Bildern/Bildsequenzen ausgestanzt. Der Keyer verleicht beide Bilder und eliminiert identische Bereiche; sie werden transparent. Folglich muss die Szene mit Stativ bzw. bei bewegter Kamera mit Motion-Control System stets zweimal gedreht werden um exakt die selben Einstellungen zu erhalten. Somit wird einmal das freizustellende Objekt mit einem beliebigen Hintergrund aufgenommen, einmal nur den Hintergrund quasi als clean plate allein. Was in der Theorie einfach klingt, erweist sich in der Praxis als äußerst komplex, da Grain, Wind, Licht und Schatten oder eine pumpende Kamera Parametere sind, die die Aufnhame von zwei identischen Bildern verhindern.

Depth Key

Voraussetzung für diese Methode ist das Vorhandensein eines Z-Kanals. Hierbei wird von einem exakten Tiefenwert ausgegangen um die Stanzmaske zu erstellen. Alle Pixelwerte über besagtem Schwellwert werden weiß, alle darunter nehmen den schwarzen und somit für den Alpha Kanal regulär transparenten Farbwert an.

Der Keyingprozess

Tools

Nahezu jeder Video-/Filmbearbeitungssoftwarehersteller implementiert in seine Compositing- und Schnittprogramme hauseigene Keyer. Diese sind jedoch gegenüber spezifischen Plugins, Standalone-Software oder auch Hardware Keyern von Drittanbietern in Bezug auf die umfangreichen Justierungsmöglichkeiten, selten Alternativen. Besagte Keyer bieten aufgrund spezieller Algorythmen in der Regel schnellere und bessere Resultate. Neben hervorragenden Werkzeugen um eine Maske zu erstellen bieten sie zahlreiche Möglichkeiten um besagte Maske zu verfeinern, die Kanten sauber zu bearbeiten, unerwünschten Spill zu unterdrücken oder auch Farbwerte zu ändern.

Ein sehr beliebter Keyer ist Primatte, welcher als dreidimensionaler Chroma-Keyer sehr viele Auswahlmöglichkeiten hinsichtlich diverser (ähnlicher) Vorder- und Hintergrundfarben bietet. Dreidimenstional bedeutet, dass der RGB_Farbraum durch drei sich umschließende Polygone abgebildet wird, welche jeweils für das Trennen der Hintergrundfarbe, die Justierung der Transparenzen sowie das Eliminieren von Spill zuständig sind. Störender Spill lässt sich mithilfe er zahlreichen Spilleinstellungsmöglichkeiten entfernen. Der Color Difference Keyer Ultimatte bietet neben einem separaten Schatten- und Halbtransparenzhandling sowie einer Videoartefaktkorrektur auch eine Farbkorrektur, welche getrennt auf Vorder- und Hintergrund angewendet werden kann, an. Ein weiterer sehr beliebtes Tool zum Erstellen von Stanzmasksen ist der Keylight Keyer, welcher ebenfalls auf dem Color Difference Prinzip basiert und zahlreiche Selektions- und Justierungsmöglichkeiten bietet. Somit lassen sich Spill und ungewollte Halbtransparenzen sehr gut handhaben.

Festzuhalten bleibt jedoch, dass kein Tool oder keine Technik grundlegend besser ist als alle anderen. Je nach Situation kann diese oder jene Technik mehr oder weniger sinnvoll sein. Dies lässt sich jedoch nur sehr schwer vorhersehen. Darüber hinaus spielt das Wissen und die Erfahrung des Operators in Bezug auf die Schnelligkeit und Korrektheit des Lösungsansatzes sowie natürlich auch des finalen Keys eine große Rolle. So wird er sich auch mit Teilerfolgen begnügen und mehrere Keys (z.B. Kopf, Schulter, Körper) miteinander kombinieren um die finale Maske zu erhalten.

Matte Tuning

GARBAGE Matte: Um unerwünschte Bildbereiche vom Key auszuschließen wird eine so genannte “garbage Matte” gezeichnet. Somit werden Lampen, Stative, Rigs oder auch Personen schon vor dem Key ausmasiert und damit eliminiert. Nach dem Key wird diese Maske mit der Stanzmaske kombiniert und übrig bleibt einzig das erwünschte Objekt im Vordergrund.

HOLDOUT Matte: Konträr zur Garbage Matte wird hier eine Maske gezeichnet um Bildbereiche zu erhalten und somit vom Key auszuschließen. Resultierend daraus bleiben blaue Augen bei einer Bluescreenaufnahme auch nach dem Key noch sichtbar.

SPILL Suppression: Als Spill werden die Bereiche bezeichnet, die aufgrund von Lichtreflektionen des blauen/grünen Hintergrundes Bereiche im Vordergrundobjekt blau/grün einfärbt. Überwiegend sind hierbei Haare und Kanten betroffen. Die Funktion Spill zu unterdrücken wird in vielen Keyern angeboten und bedeutet, dass unerwünschte Farbstiche im Vordergrund über einen Algorythmus der Farbkorrektur beseitigt werden. Hierbei wirkt sich die Verschiebung der Farbwerte jedoch nicht nur auf spezielle Pixel, sondern auf das gesamte Bild aus.

Sonstiges

Vorgenommende Änderungen: Luminanz/ Luminance Keying sowie Chrominanz/ Chroma Keying als auf Differenz keying wurden ausführlich beschrieben.

Quellen/ Literatur: - Ron Brinkmann: The Art and Science of Digital Compositing (Morgan Kaufmann Publishers) - Steve Wright: Digital Compositing for Film and Video (Focal Press) - Ulrich Schmidt: Professionelle Videotechnik (Springer) - Digital Production - Primatte Ultimatte Keylight Chromakeying